醫(yī)學(xué)超聲成像原理3.4超聲波成像原理超聲波成像技術(shù)超聲波探測技術(shù)可以分為兩大類，即基于回波掃描的超聲探測技術(shù)和基于多普勒效應(yīng)的超聲探測技術(shù)。基于回波掃描的超聲探測技術(shù)主要用于解剖學(xué)范疇的檢測、了解器官的組織形態(tài)學(xué)方面的狀況和變化?；诙嗥绽招?yīng)的超聲探測技術(shù)主要用于了解組織器官的功能狀況和血流動(dòng)力學(xué)方面的生理病理狀況，如觀測血流狀態(tài)、心臟的運(yùn)動(dòng)狀況和血管是否栓塞檢查等方面。醫(yī)學(xué)超聲波診斷儀A型超聲波診斷儀M型超聲波診斷儀B型超聲波斷層顯像儀超聲多普勒血流儀、成像儀與彩超超聲三維成像系統(tǒng)（超聲CT）Ａ型（超聲示波法）機(jī)理：以波幅變化反映回聲情況特點(diǎn)：一維波形圖，不直觀用途：鑒別液、實(shí)性包塊，測距目前臨床不再使用顯示特點(diǎn)：探頭不動(dòng)向人體反射并接收聲波，根據(jù)回波出現(xiàn)的位置，回波幅度的高低、形狀、多少和有無，確定被檢體病變或解剖部位的信息，但特異性不突出，還缺乏解剖學(xué)特征。進(jìn)波中線波底波腫瘤波Ｍ型（超聲掃描法）機(jī)理：以單聲束取樣，獲得活動(dòng)界面回聲，再以慢掃描方式展開特點(diǎn)：一維－時(shí)間運(yùn)動(dòng)曲線圖用途：分析心臟和大血管的運(yùn)動(dòng)幅度M型曲線圖Ｂ型（超聲顯象法）機(jī)理：不同的光點(diǎn)反映回聲變化，用切面顯示正常組織與異常組織特點(diǎn)：二維斷面圖像，灰階/彩階實(shí)時(shí)顯示，直觀用途：及其廣泛

肝臟B超心臟B超D型（超聲多普勒法）機(jī)理：利用Doppler原理對心血管內(nèi)血流進(jìn)行探測分析頻譜多普勒（PW+CW）以頻譜曲線顯示，檢測血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)

彩色多普勒血流顯像（CDFI）

彩色編碼實(shí)時(shí)顯示血流方向、速度及血流性質(zhì)二尖瓣血流CDFI二尖瓣血流－PW聲束的聚焦

要提高超聲成像系統(tǒng)的靈敏度和分辨力，除了對線陣探頭實(shí)施多振元組合發(fā)射外，還需要對超聲進(jìn)行聚焦，使聲束變細(xì)，使強(qiáng)度聚焦收斂，提高聲束的穿透力和回波強(qiáng)度，從而提高靈敏度和分辨力聲束聚焦分為：

1、聲學(xué)聚焦

2、電子聚焦

超聲波束處理技術(shù)

在超聲波發(fā)射和接收時(shí).采用多種波束處理技術(shù)，使主波束變窄，旁瓣變小.現(xiàn)在，先進(jìn)B超設(shè)備中已采用的具有實(shí)際效果的波束處理方法有:(l)使晶體表面凹陷;(2)采用聲學(xué)透鏡聚焦;’(3)可變孔徑;(4)電子聚焦;(5)動(dòng)態(tài)聚焦;(6)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)聚焦;(7)動(dòng)態(tài)變跡等.

一．凹面晶體用這種聚焦方式，焦點(diǎn)的聲束比較細(xì)，橫向分辨性能好.但是，一旦偏離聚焦范圍，聲束比未聚焦的還粗，因此，采用這種聚焦型探頭，要注意聚焦范圍的深度、一般可分成近距離、中距離和遠(yuǎn)路離3個(gè)檔次。

與光學(xué)聚焦原理類似，在平面晶體表面附加聲學(xué)透鏡，可使超聲波束匯聚到一點(diǎn)，即焦點(diǎn).焦點(diǎn)深度，即焦距。由聲學(xué)透鏡曲率半徑、超聲波在聲學(xué)透鏡中的傳播速度和人體中聲速所決定.聲學(xué)聚焦１、電子聚焦

對線性換能器陣的各陣之上加上適當(dāng)延時(shí)的激勵(lì)脈沖，則可在預(yù)定的距離上獲得聚焦波。二、電子聚焦所謂電子聚焦，就是控制各振元的相位，使其發(fā)射的超聲束在焦區(qū)得到同相相長加強(qiáng)，達(dá)到聚焦的目的，實(shí)際上是通過控制延時(shí)達(dá)到控制相位的。延時(shí)量的計(jì)算：分別為L1，L2，L3，焦距F=35cm，陣元間距d=0.5mm，由圖可得

L1=3.5d=3.5×0.5=1.75mmL2=2.5d=1.25mmL3=1.5d=0.75mm設(shè)聲速c=1540m/s則第1號振元與第2號振元的相差延時(shí)量為：

Δτ1=ΔS1/c=0.02141/1540×103=13.9ns同理2號振元與3號振元之間的延時(shí)量為：

Δτ2=ΔS2/c=9.27ns3號與4號振元延時(shí)差為：Δτ3=ΔS3/c=4.64ns設(shè)第1號及第8號振元無延時(shí)，則2號振元延時(shí)時(shí)間為：τ1=13.9ns3、6號振元延時(shí)時(shí)間為：τ1+τ2τ2=13.9+9.27=23.17ns4、5號振元延時(shí)時(shí)間為：

τ3=Δτ1+Δτ2+Δτ3=27.81ns那么延時(shí)量是如何實(shí)現(xiàn)的，是通過延遲線來實(shí)現(xiàn)的。

三

聚焦探度和焦點(diǎn)直徑

在聚焦點(diǎn)，聲束寬度最小。在焦點(diǎn)附近一個(gè)有限的范圍內(nèi)，聚焦聲束寬度小于同一陣列換能器同時(shí)被激勵(lì)，即未聚焦時(shí)所產(chǎn)生的聲束寬度。離焦點(diǎn)越遠(yuǎn)，聚焦聲束寬度越寬，直至大于同一陣列換能器未聚焦聲束寬度。動(dòng)態(tài)電子聚焦

為了提高成像系統(tǒng)的分辨力，需要進(jìn)行聚焦，焦區(qū)以內(nèi)的聲束變細(xì)了，確實(shí)提高了分辨力，但焦區(qū)以外，聲束不僅沒有變細(xì)，反而變得更粗了，焦區(qū)以外的分辨力不僅沒有得到提高，反而變得更差了，因此需要整個(gè)穿透深度上都要進(jìn)行聚焦，使整個(gè)深度上的分辨力都得到提高。動(dòng)態(tài)電子聚焦又分為：

1、等速動(dòng)態(tài)電子聚焦

2、全深度分段動(dòng)態(tài)電子聚焦

1、等速動(dòng)態(tài)電子聚焦

等速動(dòng)態(tài)電子聚焦是通過計(jì)算機(jī)控制，以一定的速度改變發(fā)射和接收的延遲時(shí)間，使焦點(diǎn)隨發(fā)射波和接收同步移動(dòng)，使整個(gè)深度的所有位置，都有良好的橫向分辨力，顯然這種聚焦最為理想，但由于焦點(diǎn)移動(dòng)速度快，延時(shí)分級細(xì)，延時(shí)程度高，故電路更復(fù)雜，成本更高。2、全深度分段動(dòng)態(tài)電子聚焦：

全深度分段動(dòng)態(tài)電子聚焦就是將探測深度分成若干，只對每個(gè)段分別進(jìn)行聚焦，接收時(shí)只取每個(gè)焦區(qū)的回波信號，最后將各段焦區(qū)的回波信號迭加合成一行回波信號。優(yōu)點(diǎn)是：分段數(shù)少，延遲線分段段數(shù)少，操作簡便，成本低。缺點(diǎn)是：成像速度慢，精度低。但可以TV方式顯示，以慢入快出的方式對存貯器進(jìn)行續(xù)寫，并進(jìn)行各種圖像處理，從而就得穩(wěn)定清晰圖像。四可變孔徑技術(shù)變孔徑技術(shù)，在近場采用小孔徑，在遠(yuǎn)場采用大孔徑。掃描方式

一、掃描：換能器在被探查區(qū)域獲取人體信息的運(yùn)動(dòng)過程叫掃描。機(jī)械掃描與電子掃描機(jī)械掃描與電子掃描（1）機(jī)械掃描：借電機(jī)帶動(dòng)換能器旋轉(zhuǎn)或擺動(dòng)，同時(shí)位置傳感器連續(xù)地檢測換能器的瞬時(shí)取向，并產(chǎn)生位置信號，使顯示器的掃描方向有相應(yīng)的取向。（2）電子掃描：用電子方法控制多陣元換能器實(shí)現(xiàn)掃描，分為線性掃描和相控陣掃描。（?。┚€陣掃描

線陣探頭長為10~15cm，寬為1cm左右用電子開關(guān)切換多元換能器振元，使之輪流工作，為了提高系統(tǒng)的分辨力和靈敏度，通常有相應(yīng)的若干個(gè)相鄰的小單元同時(shí)受到激勵(lì)，發(fā)射一束超聲并接收其回波，然后舍去前面一個(gè)，納入后面的一個(gè)單元，發(fā)射一束超聲波，依次類推，發(fā)射許多平行聲束，掃查目標(biāo)區(qū)。（ⅱ）相控陣：陣元數(shù)較少，長度短，一般1~3cm左右，寬1cm左右。工作時(shí)，同時(shí)激勵(lì)所有的振元，并適當(dāng)?shù)乜刂萍拥礁髡裨系募?lì)信號的相位（實(shí)際上是控制延時(shí)）來改變超聲的發(fā)射方向，接收時(shí)對接收信號出作類似的相控，并形成扇形掃描。超聲波束的掃描(線陣）一、組合順序掃描設(shè)總振元數(shù)